電容的動(dòng)態(tài)分析

電容器問題的動(dòng)態(tài)分析一、對(duì)電容器電容的兩個(gè)公式的理解任意電容器電容的定義式(度量式).平行板電容器電容的決定式(函數(shù)式).對(duì)一個(gè)確定的電容器,其電容已確定,不會(huì)隨其帶電量和兩板電壓的改變而改變.平行板電容器電容的大小由ε、s和d共同決定.構(gòu)建和諧社會(huì)比值法定義物理量一覽表物理量的定義式即度量式〔普適〕物理量的決定式即函數(shù)式〔特殊〕例1．如圖是描述對(duì)給定的電容器的帶電量Q、電壓U、電容C之間相互關(guān)系的圖象，其中正確的有〔〕QCQOACUOBQUOCCOD啟示1：對(duì)物理公式的理解及表達(dá)式的物理意義不能從數(shù)學(xué)的角度來推理，應(yīng)深刻的理解其內(nèi)涵和外延。啟示2：了解電容器電容的決定因素時(shí)要區(qū)別電容的量度式和決定式。電容器電容是反映電容器自身性質(zhì)，當(dāng)然決定于電容器自身的極板距離、正對(duì)面積極板間介電材料等自身因素，與電容器帶電量、板間電壓等外界因素?zé)o關(guān)。BCD變式1．〔2023，北京高考〕用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電容的因素如下圖。設(shè)兩極板正對(duì)面積為S，極板間的距離為d,靜電計(jì)指針偏角為θ。實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變，假設(shè)〔〕A.保持S不變，增大d,那么θ變大B.保持S不變，增大d,那么θ變小C.保持d不變，減小S,那么θ變小D.保持d不變，減小S,那么θ不變啟示：通過靜電計(jì)指針偏角大小來反映金屬球與外殼之間電壓大小，也就反映電容器兩極板之間電壓大小。假設(shè)用電壓表替代靜電計(jì)，那么即使電容器帶電，兩極板間異種電荷也會(huì)通過電壓表形成一個(gè)回路而放電。A二、平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析物理依據(jù)任意電容器電容的度量式平行板電容器電容的決定式勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的度量式勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的決定式1、動(dòng)態(tài)分析平行板電容器中因?yàn)閮砂寰嚯xd或正對(duì)面積s或介電質(zhì)常數(shù)導(dǎo)致電容C、電量Q、電壓U、電場(chǎng)強(qiáng)度E的變化。2、各物理量間的推理關(guān)系如下：第一類問題:平行板電容器充電后，切斷與電源的連接，電容器的帶電量Q保持不變。第二類問題:平行板電容器充電后，繼續(xù)保持電容器兩極板與電池兩極相連接，兩板間的電壓U保持不變。例2．給平行板電容器充電后斷開開關(guān)，當(dāng)兩極板間的距離減小時(shí)：〔〕A.電容器的電容C變大B.電容器極板的帶電量Q變大C.電容器兩極間的電勢(shì)差U變大D.電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E不變ADε、S不變d減小C變大Q不變U變小與d無關(guān)E不變第一類問題:Q不變KRE討論平行板電容器的Q、U、C、E的動(dòng)態(tài)變化,應(yīng)該先看常量,后看變量,并且注意度量式和決定式物理意義的不同.變式2.平行板電容器和電源、電阻、電鍵串聯(lián)，組成如下圖的電路．接通開關(guān)K，電源即給電容器充電〔〕A.保持K接通，減小兩極板間的距離，那么兩極板間電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度減小B.保持K接通，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，那么極板上的帶電量不變C.充電結(jié)束后斷開K，減小兩極板間的距離，那么兩極板間的電勢(shì)差減小D.充電結(jié)束后斷開K，在兩極板間插入一塊介質(zhì)，那么極板上的電勢(shì)差增大KRECD圖5例3．如圖5所示，兩塊平行正對(duì)的金屬板與電源相連，N板接地，在兩板中的P點(diǎn)固定一帶正電的檢驗(yàn)電荷，現(xiàn)保持下板不動(dòng)，將上板平行向下緩慢移動(dòng)，那么在M板下移的過程中，該試探電荷的電勢(shì)能變化情況是〔〕A、不變B、變大C、變小D、無法確定三、電容中的電勢(shì)和電勢(shì)能的變化問題。啟示：分析電容器中某點(diǎn)電勢(shì)與電勢(shì)能的變化時(shí)，先分析電場(chǎng)強(qiáng)度的變化，從而確定該點(diǎn)與零電勢(shì)的電勢(shì)差變化，來判斷電勢(shì)的變化；再結(jié)合所放電荷的正負(fù)確定電勢(shì)能的變化。B變式3．一平行板電容器充電后與電源斷開，負(fù)極板接地，在兩極板間有一正電荷(電量很小)固定在P點(diǎn).如下圖，用E表示兩極板間場(chǎng)強(qiáng)，U表示電容器的電壓，EP表示正電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能，假設(shè)保持負(fù)極板不動(dòng)，將正極板移到圖中虛線所示的位置，那么：〔〕A.U變小，E不變B.E變大，EP不變C.U變小，EP不變D.U不變，EP不變+P·AC

電容器充電后與電源斷開，電量不變，根據(jù)勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的決定式可知，場(chǎng)強(qiáng)E不變。場(chǎng)強(qiáng)E不變，P點(diǎn)到下極板間的距離不變，P點(diǎn)與零勢(shì)面的電勢(shì)差不變,把點(diǎn)電荷從P點(diǎn)移到零勢(shì)面電場(chǎng)力所做的功不變,故點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能EP不變．d減小ε、S不變C變大Q不變U減小解析：第一類問題:Q不變，E與d無關(guān)。四、電容的充電和放電：接電源正極的極板帶正電；充電時(shí)電流流向電容的正極板?！?〕放電：（1）充電：使電容器帶電叫充電放電時(shí)，電流從電容的正極板流出。左右CSE例4．〔2023，五羊原創(chuàng)〕如下圖，電源電壓恒定，在閉合電鍵時(shí)發(fā)現(xiàn)靈敏電流計(jì)的指針向左偏了一下。平行板電容器C、靈敏電流計(jì)G、電源及開關(guān)組成閉合回路?，F(xiàn)減小電容器兩極板間距離，那么靈敏電流計(jì)偏轉(zhuǎn)方向是〔〕A。向右偏轉(zhuǎn)B。向左偏轉(zhuǎn)C。假設(shè)將電容器極板正對(duì)面積減小，那么向右偏轉(zhuǎn)D。假設(shè)將電容器極板正對(duì)面積減小，那么向左偏轉(zhuǎn)四、電容的充電和放電：?jiǎn)⑹荆?、確定電容的正負(fù)極板。2、關(guān)鍵在于分析前后兩個(gè)狀態(tài)的電容器上的電量變化，確定是放電還是充電。BC圖7-4-4RAB變式4．如圖7-4-4所示,是由一個(gè)電池、電阻R與平行板電容器組成的串聯(lián)電路，在增大電容器兩極板間距離的過程中〔〕A.電阻R中沒有電流B.電容器的電容變小C.電阻R中由從A流向B的電流D.電阻R中由從B流向A的電流BD五、電容傳感器傳感器是將所感受到的一種非電學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成便于檢測(cè)的電學(xué)物理量的器件。常用于檢測(cè)和自動(dòng)控制.測(cè)角度測(cè)夜面高度測(cè)壓力測(cè)位移例5．傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化的一種元件，在自動(dòng)控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。如下圖是一種測(cè)定液面高度的電容式傳感器的示意，金屬芯線與導(dǎo)電液體形成一個(gè)電容器，從電容C大小的變化就能反映液面的升降情況，兩者的關(guān)系是：〔〕A.C增大表示h增大B.C增大表示h減小C.C減小表示h減小D.C減小表示h增大AC導(dǎo)電液體金屬芯線電解質(zhì)hh增大S增大正對(duì)面積意義ε、d不變C增大非電學(xué)量電學(xué)量傳感器圖1【高考佐證1】

(2010·重慶理綜)某電容

式話筒的原理示意圖如圖1所示，E為

電源，R為